json序列化对象的时候，如何避免丢失指针？
在将一个对象序列化为 JSON 格式时，如果我们谈论的是 C/C++ 这样的语言中的 原生指针，那么答案是：你无法“保留”或“恢复”指向原始内存地址的指针。JSON 本身是一种数据交换格式，它描述的是数据结构和值，而不是内存布局。
当你序列化一个包含原生指针的对象时，实际上发生的是：
1. 指针的值被当作一个整数（通常是内存地址）被序列化。
2. JSON 格式本身无法理解这个整数代表的是一个内存地址，它只将其视为一个普通数字。
因此，当你尝试反序列化这个 JSON 时，你得到的是一个整数，而不是一个指向有效内存区域的指针。尝试使用这个反序列化出来的“指针”访问内存，几乎总是会导致 未定义行为 (Undefined Behavior)，最常见的结果是 程序崩溃（例如，段错误）。
那么，如果我真的需要“连接”序列化对象中的某些引用关系，我应该怎么做？
核心思想是：不要序列化指针本身，而是序列化可以用来“重建”这些引用关系的信息。 这通常意味着你需要序列化 标识符 (Identifiers) 或者 索引 (Indices)。
让我们深入探讨几种常见场景和解决方案：
场景一：对象之间存在引用或关联
假设你有一个 `Person` 对象，它可能有一个指向 `Address` 对象的指针，或者一个包含多个 `PhoneNumber` 对象的列表，其中 `PhoneNumber` 对象可能有一个指向 `PhoneType` 对象的指针。
示例（概念性 C++）：
```c++
struct PhoneType {
std::string typeName;
};
struct PhoneNumber {
std::string number;
PhoneType type; // 指向 PhoneType
};
struct Person {
std::string name;
PhoneNumber mobile;
PhoneNumber home;
std::vector otherPhones;
};
```
如果你直接尝试序列化 `Person` 对象，`type` 指针将被序列化为一个内存地址。反序列化后，这个地址很可能不再有效，或者指向完全错误的数据。
解决方案：使用 ID 或引用键
1. 为每个独立的对象（在序列化图中）分配一个唯一的 ID。
2. 序列化时，将指针替换为该指针指向的对象的 ID。
3. 反序列化时，使用这些 ID 来查找对应的对象，并重新建立引用。
实现思路：
1. 收集所有需要序列化的对象： 遍历你的对象图，将所有 `PhoneType` 对象（以及任何其他独立的对象，如果它们可能被多个 `PhoneNumber` 引用）收集到一个列表中。
2. 分配 ID： 为列表中的每个对象分配一个唯一的 ID。可以使用一个 `std::map` 或 `std::unordered_map` 来映射对象到其 ID。
3. 序列化过程：
当你序列化 `PhoneType` 对象时，同时记录下它的 ID。
当你序列化 `PhoneNumber` 对象时，如果 `type` 指针不为空，就查找 `type` 指针对应的 `PhoneType` 对象的 ID，并将这个 ID 序列化进去（例如，一个名为 `"phoneType_id"` 的字段）。
对于 `std::vector`，对其中的每个 `PhoneNumber` 执行相同的操作。
4. 反序列化过程：
首先，反序列化所有独立的、可能被引用的对象（如 `PhoneType`）。在反序列化它们时，同时构建一个从 ID 到实际对象的映射，例如 `std::unordered_map`。
然后，反序列化 `Person` 对象。当遇到 `"phoneType_id"` 字段时，从 ID 映射中查找对应的 `PhoneType` 对象，然后将指向该对象的指针赋给 `PhoneNumber` 对象的 `type` 成员。
JSON 示例（序列化后）：
```json
{
"phoneTypes": [
{"id": 1, "typeName": "Mobile"},
{"id": 2, "typeName": "Home"},
{"id": 3, "typeName": "Work"}
],
"people": [
{
"name": "Alice",
"mobile": {
"number": "1234567890",
"phoneType_id": 1 // 引用 PhoneType ID 1
},
"home": {
"number": "9876543210",
"phoneType_id": 2 // 引用 PhoneType ID 2
},
"otherPhones": [
{
"number": "1112223333",
"phoneType_id": 3 // 引用 PhoneType ID 3
}
]
}
]
}
```
关键点：
ID 的唯一性： 确保在一次序列化/反序列化会话中，ID 是全局唯一的。
数据结构的设计： 你需要修改你的数据结构，用 ID 字段来代替指针。
序列化/反序列化库的支持： 很多现代的序列化库（如 Boost.Serialization, Protobuf, FlatBuffers, 或者你自定义的 JSON 序列化逻辑）都有处理这种循环引用或图结构的机制，它们通常通过引用计数或者 ID 映射来管理。
场景二：对象本身被多次引用（图结构）
比如，一个图（Graph）结构，节点（Node）之间通过边（Edge）连接，而边可能又引用回节点。
示例（概念性 C++）：
```c++
struct Node {
int id;
std::vector outgoingEdges;
};
struct Edge {
Node from; // 指向源节点
Node to; // 指向目标节点
// ... other edge data
};
// 假设我们有一个图
std::vector nodes;
std::vector edges;
```
直接序列化 `Node` 和 `Edge` 会导致指针问题。
解决方案：序列化对象列表，并用索引或 ID 引用
1. 将所有节点收集到一个列表中，并为每个节点分配一个索引（其在列表中的位置）。
2. 将所有边收集到另一个列表中，并为每个边分配一个索引。
3. 在序列化节点时，将 `outgoingEdges` 存储为指向的 `Edge` 对象的索引列表。
4. 在序列化边时，将 `from` 和 `to` 存储为指向的 `Node` 对象的索引。
JSON 示例（序列化后）：
```json
{
"nodes": [
{"id": 0, "name": "NodeA"}, // nodes[0]
{"id": 1, "name": "NodeB"} // nodes[1]
],
"edges": [
{
"source_node_index": 0, // Edge[0] connects Node[0]
"target_node_index": 1, // Edge[0] connects to Node[1]
"weight": 10
},
{
"source_node_index": 1,
"target_node_index": 0,
"weight": 5
}
]
}
```
反序列化过程：
1. 反序列化 `nodes`： 将 JSON 中的节点数据解析到内存中，并创建一个 `std::vector`，同时创建一个 `std::unordered_map`（或者 `std::unordered_map`，从 JSON ID 到实际对象索引）来映射节点的 ID/索引。
2. 反序列化 `edges`： 解析 JSON 中的边数据。对于每条边，使用 `source_node_index` 和 `target_node_index` 从之前创建的节点映射中找到对应的 `Node`，并建立 `from` 和 `to` 指针。
关键点：
列表化： 将所有同类型可被引用的对象放入一个列表中。
索引作为引用： 使用对象在列表中的索引（或其他唯一标识符）来代替指针。
场景三：跨会话或跨进程的引用（持久化）
如果你需要序列化的数据在程序关闭后仍然有效，并在下次启动时能够重建引用，那么以上基于 ID 或索引的方法仍然是正确的。关键在于这些 ID/索引是持久化的。
解决方案：使用持久化的唯一标识符（GUIDs, UUIDs, Database IDs）
1. 为每个需要被引用的对象分配一个全局唯一的、持久的标识符。 这可能是数据库的主键，或者是一个 UUID（Universally Unique Identifier）。
2. 序列化时，用对象的持久化 ID 替换指针。
3. 反序列化时，通过这些持久化 ID 来查找对象。 如果对象不在内存中，可能需要从存储（如数据库）中加载。
JSON 示例（序列化后）：
```json
{
"users": [
{"uuid": "a1b2c3d4e5f678901234567890abcdef", "name": "Bob"},
{"uuid": "f0e1d2c3b4a567890123456789abcdef", "name": "Charlie"}
],
"posts": [
{
"title": "My First Post",
"author_uuid": "a1b2c3d4e5f678901234567890abcdef" // 引用 author 的 UUID
}
]
}
```
反序列化过程：
1. 加载或注册： 将所有 `users` 对象加载到内存，并创建一个 `std::unordered_map`，以 UUID 作为键。
2. 解析引用： 解析 `posts` 对象。当遇到 `author_uuid` 时，从 UUID 映射中查找对应的 `User`，然后建立引用。
总结：如何“避免丢失指针”
再次强调，你不是在“保留”指针本身，而是在 重建指针指向的对象之间的关联。
1. 识别需要被引用的对象： 确定哪些对象是独立的、可能会被其他对象通过指针引用。
2. 为这些对象分配唯一标识： 可能是运行时内的 ID、列表索引，或者是持久化的 UUID/数据库 ID。
3. 修改序列化逻辑：
序列化可被引用对象时，同时序列化其唯一标识。
序列化引用时，序列化被引用对象的唯一标识（而不是指针值）。
4. 修改反序列化逻辑：
反序列化所有可被引用对象，并将它们放入一个查找结构（如 map）。
反序列化引用时，使用解析出的唯一标识从查找结构中找到对应的目标对象，并建立指针。
需要注意的陷阱：
循环引用： 如果你的对象图存在循环引用（A 指向 B，B 指向 A），标准的序列化方法可能会陷入无限循环。使用 ID 或引用计数机制可以解决这个问题。
悬空指针： 如果在反序列化过程中，某个 ID 指向的对象没有被找到（例如，JSON 数据不完整或 ID 错误），你可能会得到一个空指针 (`nullptr`)。你的代码需要能够优雅地处理这种情况。
生命周期管理： 在反序列化后，如何管理新创建的对象的生命周期是一个重要问题。确保它们不会在你需要使用它们之前被释放。智能指针（如 `std::shared_ptr` 或 `std::unique_ptr`）在这里非常有帮助。
简单来说，JSON 序列化的是“值”和“结构”，而不是“内存地址”。要模拟指针行为，你需要将指针替换为指向目标对象的“名称”或“地址”的标识符，并在反序列化时根据这些标识符重新连接。
当你序列化一个包含原生指针的对象时，实际上发生的是：
1. 指针的值被当作一个整数（通常是内存地址）被序列化。
2. JSON 格式本身无法理解这个整数代表的是一个内存地址，它只将其视为一个普通数字。
因此，当你尝试反序列化这个 JSON 时，你得到的是一个整数，而不是一个指向有效内存区域的指针。尝试使用这个反序列化出来的“指针”访问内存，几乎总是会导致 未定义行为 (Undefined Behavior)，最常见的结果是 程序崩溃（例如，段错误）。
那么，如果我真的需要“连接”序列化对象中的某些引用关系，我应该怎么做？
核心思想是：不要序列化指针本身，而是序列化可以用来“重建”这些引用关系的信息。 这通常意味着你需要序列化 标识符 (Identifiers) 或者 索引 (Indices)。
让我们深入探讨几种常见场景和解决方案：
场景一：对象之间存在引用或关联
假设你有一个 `Person` 对象，它可能有一个指向 `Address` 对象的指针，或者一个包含多个 `PhoneNumber` 对象的列表，其中 `PhoneNumber` 对象可能有一个指向 `PhoneType` 对象的指针。
示例（概念性 C++）：
```c++
struct PhoneType {
std::string typeName;
};
struct PhoneNumber {
std::string number;
PhoneType type; // 指向 PhoneType
};
struct Person {
std::string name;
PhoneNumber mobile;
PhoneNumber home;
std::vector
};
```
如果你直接尝试序列化 `Person` 对象，`type` 指针将被序列化为一个内存地址。反序列化后，这个地址很可能不再有效，或者指向完全错误的数据。
解决方案：使用 ID 或引用键
1. 为每个独立的对象（在序列化图中）分配一个唯一的 ID。
2. 序列化时，将指针替换为该指针指向的对象的 ID。
3. 反序列化时，使用这些 ID 来查找对应的对象，并重新建立引用。
实现思路：
1. 收集所有需要序列化的对象： 遍历你的对象图，将所有 `PhoneType` 对象（以及任何其他独立的对象，如果它们可能被多个 `PhoneNumber` 引用）收集到一个列表中。
2. 分配 ID： 为列表中的每个对象分配一个唯一的 ID。可以使用一个 `std::map
3. 序列化过程：
当你序列化 `PhoneType` 对象时，同时记录下它的 ID。
当你序列化 `PhoneNumber` 对象时，如果 `type` 指针不为空，就查找 `type` 指针对应的 `PhoneType` 对象的 ID，并将这个 ID 序列化进去（例如，一个名为 `"phoneType_id"` 的字段）。
对于 `std::vector
4. 反序列化过程：
首先，反序列化所有独立的、可能被引用的对象（如 `PhoneType`）。在反序列化它们时，同时构建一个从 ID 到实际对象的映射，例如 `std::unordered_map
然后，反序列化 `Person` 对象。当遇到 `"phoneType_id"` 字段时，从 ID 映射中查找对应的 `PhoneType` 对象，然后将指向该对象的指针赋给 `PhoneNumber` 对象的 `type` 成员。
JSON 示例（序列化后）：
```json
{
"phoneTypes": [
{"id": 1, "typeName": "Mobile"},
{"id": 2, "typeName": "Home"},
{"id": 3, "typeName": "Work"}
],
"people": [
{
"name": "Alice",
"mobile": {
"number": "1234567890",
"phoneType_id": 1 // 引用 PhoneType ID 1
},
"home": {
"number": "9876543210",
"phoneType_id": 2 // 引用 PhoneType ID 2
},
"otherPhones": [
{
"number": "1112223333",
"phoneType_id": 3 // 引用 PhoneType ID 3
}
]
}
]
}
```
关键点：
ID 的唯一性： 确保在一次序列化/反序列化会话中，ID 是全局唯一的。
数据结构的设计： 你需要修改你的数据结构，用 ID 字段来代替指针。
序列化/反序列化库的支持： 很多现代的序列化库（如 Boost.Serialization, Protobuf, FlatBuffers, 或者你自定义的 JSON 序列化逻辑）都有处理这种循环引用或图结构的机制，它们通常通过引用计数或者 ID 映射来管理。
场景二：对象本身被多次引用（图结构）
比如，一个图（Graph）结构，节点（Node）之间通过边（Edge）连接，而边可能又引用回节点。
示例（概念性 C++）：
```c++
struct Node {
int id;
std::vector
};
struct Edge {
Node from; // 指向源节点
Node to; // 指向目标节点
// ... other edge data
};
// 假设我们有一个图
std::vector
std::vector
```
直接序列化 `Node` 和 `Edge` 会导致指针问题。
解决方案：序列化对象列表，并用索引或 ID 引用
1. 将所有节点收集到一个列表中，并为每个节点分配一个索引（其在列表中的位置）。
2. 将所有边收集到另一个列表中，并为每个边分配一个索引。
3. 在序列化节点时，将 `outgoingEdges` 存储为指向的 `Edge` 对象的索引列表。
4. 在序列化边时，将 `from` 和 `to` 存储为指向的 `Node` 对象的索引。
JSON 示例（序列化后）：
```json
{
"nodes": [
{"id": 0, "name": "NodeA"}, // nodes[0]
{"id": 1, "name": "NodeB"} // nodes[1]
],
"edges": [
{
"source_node_index": 0, // Edge[0] connects Node[0]
"target_node_index": 1, // Edge[0] connects to Node[1]
"weight": 10
},
{
"source_node_index": 1,
"target_node_index": 0,
"weight": 5
}
]
}
```
反序列化过程：
1. 反序列化 `nodes`： 将 JSON 中的节点数据解析到内存中，并创建一个 `std::vector
2. 反序列化 `edges`： 解析 JSON 中的边数据。对于每条边，使用 `source_node_index` 和 `target_node_index` 从之前创建的节点映射中找到对应的 `Node`，并建立 `from` 和 `to` 指针。
关键点：
列表化： 将所有同类型可被引用的对象放入一个列表中。
索引作为引用： 使用对象在列表中的索引（或其他唯一标识符）来代替指针。
场景三：跨会话或跨进程的引用（持久化）
如果你需要序列化的数据在程序关闭后仍然有效，并在下次启动时能够重建引用，那么以上基于 ID 或索引的方法仍然是正确的。关键在于这些 ID/索引是持久化的。
解决方案：使用持久化的唯一标识符（GUIDs, UUIDs, Database IDs）
1. 为每个需要被引用的对象分配一个全局唯一的、持久的标识符。 这可能是数据库的主键，或者是一个 UUID（Universally Unique Identifier）。
2. 序列化时，用对象的持久化 ID 替换指针。
3. 反序列化时，通过这些持久化 ID 来查找对象。 如果对象不在内存中，可能需要从存储（如数据库）中加载。
JSON 示例（序列化后）：
```json
{
"users": [
{"uuid": "a1b2c3d4e5f678901234567890abcdef", "name": "Bob"},
{"uuid": "f0e1d2c3b4a567890123456789abcdef", "name": "Charlie"}
],
"posts": [
{
"title": "My First Post",
"author_uuid": "a1b2c3d4e5f678901234567890abcdef" // 引用 author 的 UUID
}
]
}
```
反序列化过程：
1. 加载或注册： 将所有 `users` 对象加载到内存，并创建一个 `std::unordered_map
2. 解析引用： 解析 `posts` 对象。当遇到 `author_uuid` 时，从 UUID 映射中查找对应的 `User`，然后建立引用。
总结：如何“避免丢失指针”
再次强调，你不是在“保留”指针本身，而是在 重建指针指向的对象之间的关联。
1. 识别需要被引用的对象： 确定哪些对象是独立的、可能会被其他对象通过指针引用。
2. 为这些对象分配唯一标识： 可能是运行时内的 ID、列表索引，或者是持久化的 UUID/数据库 ID。
3. 修改序列化逻辑：
序列化可被引用对象时，同时序列化其唯一标识。
序列化引用时，序列化被引用对象的唯一标识（而不是指针值）。
4. 修改反序列化逻辑：
反序列化所有可被引用对象，并将它们放入一个查找结构（如 map）。
反序列化引用时，使用解析出的唯一标识从查找结构中找到对应的目标对象，并建立指针。
需要注意的陷阱：
循环引用： 如果你的对象图存在循环引用（A 指向 B，B 指向 A），标准的序列化方法可能会陷入无限循环。使用 ID 或引用计数机制可以解决这个问题。
悬空指针： 如果在反序列化过程中，某个 ID 指向的对象没有被找到（例如，JSON 数据不完整或 ID 错误），你可能会得到一个空指针 (`nullptr`)。你的代码需要能够优雅地处理这种情况。
生命周期管理： 在反序列化后，如何管理新创建的对象的生命周期是一个重要问题。确保它们不会在你需要使用它们之前被释放。智能指针（如 `std::shared_ptr` 或 `std::unique_ptr`）在这里非常有帮助。
简单来说，JSON 序列化的是“值”和“结构”，而不是“内存地址”。要模拟指针行为，你需要将指针替换为指向目标对象的“名称”或“地址”的标识符，并在反序列化时根据这些标识符重新连接。
网友意见
json本质是纯字符串的，怎么弄指针。
json是多语言，多环境传递数据用的。
不同语言的指针都不相同，另外，指针只在当前运行环境有效，换了环境，不一定指向啥了。
跨语言，跨环境，传指针没有任何意义。
json压根没打算支持指针。
任何时候，你想把对象序列化，指针就必须特殊处理——哪怕自定义二进制格式做转储，都不可能简单存储指针值。否则没法做反序列化。
如果你必须保留“对象同一”这个信息，那么请从头设计数据结构。
比如学数据库的各种范式，给对象A一个唯一的key；然后引用这个key——将来反序列化也要同样处理。
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